高中物理第3节 珍惜大自然一等奖教案

这是一份高中物理第3节 珍惜大自然一等奖教案，共11页。
第3节 珍惜大自然











知识点一 能量的转化与守恒





[观图助学]





以上运动中能量如何转化？


1.能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从一种形式转化为其他形式。


2.能量守恒定律：在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。


3.第一类永动机：不需要任何动力或燃料就能不停运动的机器。


知识点二 自然过程的方向性与熵


1.自然界宏观过程具有方向性，是不可能自动的逆向进行。要使它们逆向进行就必须由外界对它们施加作用。


2.开尔文及克劳修斯总结出重要的自然规律：自然界发生的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的不可逆过程。


3.熵是描述处于不同状态的物体，分子运动状态无序程度不一样的物理量。熵越高，意味系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序。,





左图中都是哪些力在做功








不同形式的能——转化


同种形式的能——转移


功是能量转化的量度，热量是能量转移的量度。





一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。此规律称为熵增加原理。





核心要点 能量的转化与能量守恒





[要点归纳]


1.能量转化或转移的判断





2.能量在转化或转移过程中，总能量不变。能量为状态量，对应某时刻；功与热量是过程量，对应一个过程。


[试题案例]


[例1] 关于下列现象中的能量转化的说法正确的是( )


A.在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，是机械能转化为内能


B.电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来，是电能转化为机械能


C.火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小，是化学能转化为内能


D.用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能


解析 在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，这一过程中，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能，选项A正确；风扇通电后开始转动，电流做功，电能转化为机械能，有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做负功，机械能转化为内能，选项B错误；火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做负功，机械能转化为内能，选项C错误；柴油的化学能转化为柴油机的机械能，再转化为发电机的电能，电能又通过电动水泵转化为水的机械能，选项D错误。


答案 A


[例2] 瀑布从20 m高处以103 m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以


2 m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10 m/s2)


解析 设t时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象，竖直下落后减少的机械能为mgh－eq \f(1,2)mv2


转化为电能的功率为


P＝eq \f(E,t)＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(mgh－\f(1,2)mv2))×0.8,t)＝eq \f(m,t)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(gh－\f(v2,2)))×0.8


＝103×103×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(10×20－\f(1,2)×22))×0.8 W


≈1.58×108 W＝1.58×10 5 kW。


答案 1.58×10 5 kW


[针对训练1] 太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用，下列说法正确的是( )





A.图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能


B.图乙中，太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能


C.图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能


D.图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能


答案 A


[针对训练2] 韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1 900 J，他克服阻力做功100 J。韩晓鹏在此过程中( )


A.动能增加了1 900 J


B.动能增加了2 000 J


C.重力势能减小了1 900 J


D.重力势能减小了2 000 J


解析 根据动能定理，合外力做的功等于物体动能的增加量，重力对他做功1 900 J，他克服阻力做功100 J，即阻力对他做功为－100 J，则外力对他所做的总功为1 900 J－100 J＝1 800 J，是正功，他的动能增加了1 800 J，A、B错误；重力做的功等于重力势能的减少量，重力对物体做功为1 900 J，是正功，则重力势能减小了1 900 J，C正确，D错误。


答案 C


核心要点 自然过程的方向性与熵


[要点归纳]


1.引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。


2.熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。


[试题案例]


[例3] 已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是( )


A.甲比较有序，乙比较无序，甲→乙


B.甲比较无序，乙比较有序，甲→乙


C.甲比较有序，乙比较无序，乙→甲


D.甲比较无序，乙比较有序，乙→甲


解析 一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行，A正确，B、C、D错误。


答案 A


[针对训练3] 如图所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？





解析 根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向发展，至少无序程度不会减少。这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少。质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小。


答案 气态熵最大，液态次之，固态熵最小，原因见解析








1.(能量的转化)(多选)关于能量转化的说法中正确的是( )


A.举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能


B.电流通过电阻丝使电能转化为内能


C.内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程


D.做功的过程是能量转化的过程，做了10 J功，就有10 J能量发生转化


答案 ABCD


2.(能量守恒)有关能量守恒定律，下列说法正确的是( )


A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化


B.能量守恒定律只适用于能量转化过程


C.“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律


D.按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减


答案 D


3.(对熵的理解)(多选)下列关于熵的说法中正确的是( )


A.熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高


B.熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高


C.熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序


D.熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序


解析 根据熵的意义可知，熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高。熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序，选项A、D正确。


答案 AD


4.(能量转化)指出下列物理现象中能量转化的情况：


(1)燃料在汽缸内燃烧，汽缸内气体推动活塞运动，是________能转化为________能。


(2)给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是________能转化为________能。


(3)汽车紧急制动后在地面上滑行直到静止的过程，是________能转化为________能。


(4)跳伞运动员打开降落伞后，匀速下降阶段是________能转化为________能。


答案 (1)内 机械 (2)电 内 (3)机械 内


(4)机械 内





基础过关


1.如图所示的四幅图中，没有发生动能与势能相互转化的是( )





答案 A


2.(多选)悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术。跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)( )


A.他的动能减少了(F－mg)h


B.他的重力势能减少了mgh－eq \f(1,2)mv2


C.他的机械能减少了Fh


D.他的机械能减少了mgh


答案 AC


3.(多选)对“覆水难收”的叙述正确的是( )


A.盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较少，较为


有序


B.盛在盆中的水是一种宏观态，因盆子的因素，对应的微观态数目较多，较为


无序


C.泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较多，较为


无序


D.泼出的水是一种宏观态，因不受器具的限制，对应的微观态数目较少，较为


有序


解析 一切自然过程总是从有序转化成无序。因此盆中的水是有序的，泼出去的水是无序的，故选项A、C正确。


答案 AC


4.下列供热方式最有利于环境保护的是( )


A.用煤作为燃料供热


B.用石油作为燃料供热


C.用天然气或煤气作为燃料供热


D.用太阳能灶供热


答案 D


5.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此，以下措施可行的是( )


A.人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不浪费和人为毁坏物品


B.关闭现有的火力发电站


C.各地都要兴建水力和风力发电站


D.停止使用石油资源，而以核能和太阳能取代


解析 受地域环境的限制，风力、水力发电站不能在各地兴建，因而不能关闭火力发电站，故B、C错误；受技术限制，核能和太阳能尚未大规模被利用，所以也不能停止使用石油资源，故D错误；人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不浪费和人为毁坏物品，A正确。


答案 A


6.能源、信息、材料是现代社会发展的三大支柱，下列说法正确的是( )


A.煤、石油、天然气、太阳能等都是不可再生能源


B.核电站是利用原子核聚变所释放的能量来发电


C.手机利用电磁波传递信息


D.LED灯的核心元件发光二极管是由超导材料制成的


解析 煤、石油、天然气等都是不可再生能源，太阳能都是可以充分利用的可再生能源，故A错误；核电站是利用原子核裂变所释放的能量来发电，选项B错误：手机利用电磁波传递信息，选项C正确：LED灯的核心元件发光二极管是由半导体材料制成的，选项D错误。


答案 C


7.柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能。燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能。是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标。有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是( )


A.尾气的温度越高，柴油机越节能


B.尾气的温度越低，柴油机越节能


C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关


D.以上说法均不正确


解析 气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源。根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低。故选项B正确。


答案 B


8.(多选)关于有序和无序宏观态和微观态，下列说法正确的是( )


A.有序和无序是绝对的


B.一个“宏观态”可能对应着许多的“微观态”


C.一个“宏观态”只能对应着唯一的“微观态”


D.无序意味着各处一样、平均、没有差别


解析 因为无序是各处都一样、平均、没有差别，故D项正确；而有序和无序是相对的，故A项错误；而一个“宏观态”可能对应一个或多个“微观态”，所以B项正确，C项错误。


答案 BD


9.如图所示是太阳能LED照明路灯，LED是一种发光二极管，可以把电能直接转化成________能，太阳能是________(选填“可再生”或“不可再生”)能源，它是太阳内部氢原子核发生________(选填“裂变”或“聚变”)时释放出的核能。





答案 光 可再生 聚变


10.在2016年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下飘浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中( )


A.失重且机械能增加 B.失重且机械能减少


C.超重且机械能增加 D.超重且机械能减少


答案 B


11.低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量理解正确的是( )


A.能量是守恒，没有必要提倡节约能源


B.能量耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失


C.自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发


D.人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等能再生的新能源


解析 在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故仍需节约能源，故A错误；能量耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，缓慢地形成的可以燃烧的矿物质，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；太阳能、风能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。


答案 D


12.目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图1所示：乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图2所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是( )





A.都是把机械能转化为电能


B.都是把光能转化为电能


C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能


D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能


解析 甲车靠小型发电机，发电机是依据电磁感应原理工作的，在发电的过程中车轮转动，将车轮的机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板，把光能转化为电能；故选C。


答案 C


核心素养
物理观念
科学态度与责任
1.知道不同形式的能量可相互转化，在转化过程中能量总量保持不变。


2.知道能量的转化具有方向性。


3.了解熵的概念。
认识环境污染的危害，具有保护环境的意识和行为。


通过垃圾分类，培养学生节约能源的意识，担当保持环境、爱护大自然的责任。